진핵세포에서의 전사 규제(Transcriptional Rgulation in Eukaryote)

진핵세포와 원핵세포의 차이로, 진핵세포는 일단 Splicing이 존재한다.

전사때는 원핵세포와 유사하게 Activator, Repressor, DNA-Binding Protein이 참여한다.

원핵세포와의 차이점으로는 첫번째, 뉴클레오솜으로 유지되어 히스톤 단백질을 풀 조절 단백질(메틸화, 에세틸화, 인산화)가 필요하다.

두번째, 조절 서열, 조절 단백질이 더 많다.

원핵세포는 가 조절인자가 짧은 Seq 결합을 보여주지만, 진핵세포의 경우 많고, 더 멀리도 가능하다.

세번째, 유전자 발현을 도와주는 Enhancer와 유전자 발현을 억제하는 Insulator가 존재한다.

RNA Pol2의 경우 다음과 같은 진행을 하게 된다.

Recuiting을 통해 TF2D 등 GTF가 TATA Box로 Binding한다.

이때 Activator로 TATA를 구부릴 수가 있고, Activator와 GTF&Pol 2가 붙을 수 있게 Mediator와 Coativator가 Complex화 한다. (Coact의 차이는 DNA Binding 차이이다.)

그리고 GAGA Complex가 Activator와 TBP Binding 경향이 증가한다.

Activator 상호작용은 4가지가 있는데, 단순하게 Activator의 Cooperative binding, 다른 Factor를 매개한 Coactivator, Activator가 다른 Activator와 결합을 촉진하거나 안하는 것, Activator가 다른 Factor를 불러 다른 Activator가 결합 촉진을 하는 것이 있다.

Repressor 상호작용은 경쟁(Enhancer, Insulator 중첩), 저해(Insulator가 직접 Enhancer 상호작용으로 부위 억제), 직접 억제(전사 인자와 함께 직접 전사 억제), 간접 억제(Insulator에 의해 염색질 변형 효소로 전사 억제)가 있다.

전사 규제에서 중요 그룹으로는 총 5가지가 있다.

General Transcription Factor, Activator(T/C Promoting factor = Specifity T/C Factor), Coactivator, Mediator, SAGA로 구분된다.

1. GTF는 TF2D를 비롯한 것으로 Complex이다. 이는 Start Site 주변에 존재하며 TATA Box, 모든 DNA에 동일하다.

2. Activator는 Specific T/C Factor로 Upstream T/C factor이다.

이는 인식하는 Seq 마다 다 다르며, GTF보다 더 상위에 존재한다. 이는 DBD(Activating Region을 Promoter로 이끄는 단순 역할, 예시로 Y2H Hybrid)와 AD가 구분되며 Domain Swap으로 형광 확인이 가능하다.

3. Coactivator는 호르몬이 있을때만 사용되며, Nuclear Receptor로 들어와 Gene Expression을 activator에 붙어 활성화 시킨다.

이와는 반대로 Corepressor는 억제시킬때 사용된다. (Prokaryote는 Small molecule, Eukaryote는 Protein)

4. Mediator 는 Activator 또는 Coactivator와 함께 GTF를 Complex화 시키는데 Activator와 GTF의 거리가 멀어서 굉장히 큰 것을 징검다리 처럼 Mediator가 활용된다.

5. SAGA는 마지막에서 되서 히스톤을 풀어서 아세틸트랜스퍼제로 쓴다.

DBD는 총 5가지 구조를 갖는다.

1. Homeodomain Protein 구조(Helix Turn Helix), Heterodimer 3개 알파 헬릭스로 구성, Heterodimer로 DNA에 결합

2. Zinc Finger(Cys & His(알파 나선이 베타 시트로 제공됨), 이로 DNA 길이가 길어진다.

3. Leucine Zipper, 이는 Hydrophobic한데 DNA가 Negative Charge한다.

4. Helix Loop Helix

5. HMG Protein(High Mobility Group Box Protein), Minor Groove에 결합함.

Activator로는 Protein Complex를 모으는데, Prokaryote는 Activator가 한쪽은 DNA, 한쪽은 RNA Pol에 결합해 모으며, Eukaryote는 비슷하지만 직접적으로 RNA Pol에 반응을 하지 않는다.

이처럼 Activator가 Preformed Complex(다른 요소들도 여기에 붙어 있음)(GTF, Mediator)를 모집한다.

이로써, Activator가 Protein Machinery를 모집한다.

Activator는 뉴클레오솜 수정자를 모집할 수 있는데, Activator가 HAT(히스톤아세틸트랜스퍼라제)를 모집해풀고, SWI/SNF ATP 의존적 Activity로 Remodeling한다.

이로써, Binding 노출이 늘어나고, 크로마틴 구조가 변화하며, 아세틸화로 Bromodomain 단백질과의 작용이 늘어나며(TF2D), 메틸화는 히스톤이 붙지 않게 Chromo가 된다.

Activator는 또한 Initiation Fcator와 Elongtion Factor를 모집할 수 있다. (TF2H와 CDK8과 함께 Pol 2를 나감(Clearance), Ser2가 Phosphorlyation으로 RNA Pol2가 Promoter에서 나감(Elonglation)

복합적으로 Enhancer, Insulator, Promoter가 같이 있는 예시로는 Locus Control Region(LCR) 있다.

전사 다음으로 유전자 발현을 할때는 시간, 장소, 자극이 중요하다.

이는 Cell Surface Reccpetor로 진행되는데 이는 Ligand와 Recpetor를 통해 Extra cellular domain이 Intracellular가 되며 내부 Factor로 Transcription Regulator로 진행된다.

이때, Allosteric Change와 Dimerization이 진행된다.

Gene Sliencing by modification of hisitone and DNA로 Transcriptional Silencing이 있다.

이는 여러가지 특징이 있는데 Position Effect(gene 위치에 의해 발현을 억제), DNA의 넓은 영역으로 여러 Gene을 억제, Heterochromatin 구조, DNA Metylation, Histone Modifying enzyme(이를 통해 Chromatin 구조변화) 등이 있다.

히스톤은 Deacetylation/Methylation의 Silencing이 있다.

진핵세포와 원핵세포의 전사 차이는 정리하자면 아래와 같다.

원핵세포는 프로모터에 RNA Pol이 붙어 시작한다.(DBP)

진핵세포는 RNA Pol 2에 GTF가 붙는다. (TATA Box)

그리고, 더 많은 조절 인자가 있고(Insulator, Enhancer), 더 먼 위치에서도 가능하고 저요하며, 뉴클레오솜도 풀어야한다. (히스톤을 풀때는 메틸화, 아세틸화, 인산화, DNA 메틸화는 안정적으로 세포 유전자 표현형을 변화 시키고, 원핵세포에선 제한효소로 막아서 원시적 면역 시스템을 활성화하게 된다.)